Experimental and theoretical survey of diverse far-red O2-evolving photosynthesis

多种远红产氧光合作用的实验与理论研究

• 批准号: 20K06684
• 负责人: 伊藤 繁
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06684/
• 关键词: 光合成; クロロフィル; 励起エネルギー移動; 励起子理論モデル; 遠赤外光合成; 蛍光寿命; 光合成細菌; シアノバクテリア; 近赤外光; 光化学系Ⅰ反応中心; 光エネルギー利用; 励起エネルギー移動理論; 進化; 理論モデル; 環境適応; タンパク質構造決定

植物とシアノバクテリアの営む酸素発生型光合成は、クロロフィルa (Chl a)色素の吸収する400-700nmの可視光を使うが、光合成細菌の非酸素発生型光合成ではバクテリオクロロフィル（BChl）が吸収する380-900nmの可視-近赤外(FR)光を使う。可視光よりエネルギーの低い700-800nmの近赤外光でも酸素発生光合成（FR－O2型光合成）が行われる事を我々は報告した (‘98年)。近年、さらに多くの「FR－O2型光合成」をするシアノバクテリアや藻類が　見出され、研究が進展した。本研究では、Chl aの代わりに、740nm光を利用できるChl dで「FR－O2型光合成」をするシアノバクテリア種アカリオクロリスの光化学系I (PSI)の構造を、解明し論文発表した(2021)。この反応中心は’98年に我々が初精製し、反応中心Chl d-2量体をP740と命名した。構造情報を使い、理論解析をした。別種のChl fを使いFR－O2型光合成をする反応中心でも理論検討を進めた。Chlf型10種 、Chl d型アカリオ属7株、red-Chl a型南極コケ１種の光反応を実測した。シアノバクテリアPSI (96Chl aをもつ)と似た構造でBChl-gをもつヘリオバクテリアのI型反応中心の理論解析を行った。超高速励起エネルギー移動過程を計算機内で再現した。クロロフィルを置き換える仮想実験系を作り、in silicoでの進化実験を行った。これは人工光合成系開発にも利用できる。さらにBChla30と4Chlaを持ち長波長800-840nm光を利用する緑色硫黄細菌の反応中心（GsbRCお）の理論モデルを作成した。この系はFR型反応中心の祖先型に近い。励起エネルギー移動、エネルギー分布変化をしらべた。

The absorption of pigment in plants and photosynthetic bacteria is 400-700nm and 380-900nm, respectively. A report was made on the synthesis of phosphorescence in the low 700-800nm region of visible light (FR-O2 type photosynthesis). In recent years, there has been a lot of progress in the development of FR-O2 photosynthesis. In this study, the structure of the photochemical system I (PSI) of Chl a and 740nm light was elucidated (2021). In 1998, the center of the reaction was first refined, and the center of the reaction was named Chl d-2. Structural information, theoretical analysis. The theory of FR-O2 photosynthesis is discussed in detail. 10 species of Chlf type, 7 species of Chld type, 1 species of red-Chla type and 1 species of Antarctic type were tested. A Theoretical Analysis of the I-type Anti-vibration Center of the BChl-g Structure The process of moving at high speed is reproduced in the computer. The evolution of silicon is a process of evolution. The development and utilization of artificial photosynthesis system. A theoretical study of the utilization of BChla30 - 4Chla at wavelengths of 800-840nm by green sulfur bacteria reaction centers (GsBRCs) was conducted. This is a close relation between the FR type anti-retrogressive center and the ancestral type. The movement and distribution of energy

项目成果

緑色硫黄細菌 I 型反応中心の励起状態の理論計算と主要 BChl-a 除去実験

绿硫细菌I型反应中心激发态的理论计算及主要BChl-a去除实验

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊藤繁;木村明洋;鬼頭宏任;浅井智広;大岡宏造
• 通讯作者: 大岡宏造

Direct Energy Transfer from Allophycocyanin-Free Rod-Type CpcL-Phycobilisome to Photosystem I

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c01763
• 发表时间: 2021-07-14
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 5.7
• 作者: Noji, Tomoyasu;Watanabe, Mai;Ikeuchi, Masahiko
• 通讯作者: Ikeuchi, Masahiko

異なる色素種をもつ多様な光化学系I型反応中心上での励起エネルギー移動機構の理論的研究

不同色素种类的I型光系统反应中心激发能量传递机制的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村有花;下岡渉;鬼頭宏任;伊藤繁;木村明洋
• 通讯作者: 木村明洋

ヘリオバクテリアI型反応中心と光化学系Iにおける光捕集機能の解析と比較

日杆菌I型反应中心与光系统I的光捕获功能分析比较

• 发表时间: 2020
• 作者: 木村明洋;鬼頭宏任;重田育照;伊藤繁
• 通讯作者: 伊藤繁

Theoretical Model of the Far-Red-Light-Adapted Photosystem I Reaction Center of Cyanobacterium <i>Acaryochloris marina</i> Using Chlorophyll <i>d</i> and the Effect of Chlorophyll Exchange

利用叶绿素<i>d</i>构建蓝藻<i>Acaryocholis marina</i>远红光适应光系统I反应中心的理论模型及叶绿素交换效应

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c00869
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Kimura Akihiro;Kitoh-Nishioka Hirotaka;Aota Toshimichi;Hamaguchi Tasuku;Yonekura Koji;Kawakami Keisuke;Shinzawa-Itoh Kyoko;Inoue-Kashino Natsuko;Ifuku Kentaro;Yamashita Eiki;Kashino Yasuhiro;Itoh Shigeru
• 通讯作者: Itoh Shigeru